Учёные Пермского университета определили устройство памяти на наноуровне

Профессор химического факультета ПГНИУ Эдуард Коркотян и аспирантка Лилия Кушнирева в составе международной исследовательской группы изучили наноархитектуру мозга, которая управляет памятью. Результаты работы позволят продвинуться в понимании условий, связанных с нарушениями функций мозга, например, болезни Альцгеймера. Исследование опубликовано в междисциплинарном журнале американской ассоциации содействия развитию науки Science Advances.

Исследователи определили функциональную наноархитектуру синапсов – контактов между мозговыми клетками. Они координируются сложной молекулярной системой, которая работает в каждом из миллиардов синаптических контактов головного мозга. В статье учёные описывают организацию молекулярных механизмов, управляющих способностью мозга изменяться под действием опыта.

Важную роль в работе нервных клеток играют ионы кальция. Для их накопления в каждом синаптическом контакте предусмотрена наноцистерна. При срабатывании синапса ёмкость опустошается, а затем заполняется вновь. Но подробности работы этого механизма ранее были неизвестны. Исследование показало, что цистерна строго ориентирована в пространстве: со стороны синапса в нее закачивается кальций посредством молекулярного насоса, а с противоположной он выбрасывается через нанопоры. Такая дислокация создает своеобразный вектор памяти синапса.

«Известно, что при болезни Альцгеймера синаптические контакты утрачиваются. В статье впервые описан молекулярный механизм, благодаря которому наноцистерна может заполняться и без участия синапсов. Мы предполагаем, что, научившись управлять этим механизмом, можно смягчить симптомы болезни и сохранить память», – комментирует профессор Эдуард Коркотян.

На рисунке показан кальций (жёлтым), который перемещается из синапса в наноцистерну (зеленым) благодаря ионным насосам (красным). Затем он движется по стрелкам и выделяется с противоположной стороны цистерны через системы пор (синим). Весь процесс занимает менее 1 миллисекунды.
Размер цистерны – около 200 нанометров.

«Выяснилось, что наноструктуры внутри тысяч шипиков, расположенных на поверхности каждого нейрона, способны точно направлять градиенты кальция, которые создают быстрые переходные процессы. Это происходит за миллисекунды и менее десятитысячной доли миллиметра в пространстве. Для объяснения этих процессов мы по-новому применили теорию, называемую статистикой экстремальных событий», – рассказал Эдуард Коркотян.

Профессор Эдуард Коркотян – специалист в области изучения механизмов синаптической пластичности и передачи импульсов в центральной нервной системе. В сферу его научных интересов входит создание и изучение свойств препаратов для лечения болезни Альцгеймера, инсультов и эпилепсии. Ученый также работает старшим научным сотрудником лаборатории нейронной пластичности в отделе нейробиологии Института им. Вейцмана (Израиль).

В группу исследователей, кроме профессора ПГНИУ Эдуарда Коркотяна и аспирантки Лилия Кушниревой, вошли Канишка Баснаяке (“École normale supérieure”, Франция), Дэвид Мазауд (“Institut Curie”, Франция), Алексис Бемельманс (“CEA Université Pierre et Marie Curie”, Франция), Натали Руах (“Collège de France”, Франция) и Дэвид Холькман (“École normale supérieure”, Франция).

Пресс-служба